Question

17．鋁是重要的金屬材料，鋁土礦（主要成分是Al₂O₃和少量的SiO₂、Fe₂O₃雜質(zhì)）是工業(yè)上制取鋁的原料．實驗室模擬工業(yè)上以鋁土礦為原料制取Al₂（SO₄）₃和銨明礬晶體[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]的工藝流程如圖所示：

請回答下列問題：
（1）固體a的化學(xué)式為SiO₂．
（2）由圖中Ⅴ制取銨明礬溶液的化學(xué)方程式為Al₂O₃+4H₂SO₄+2NH₃═2NH₄Al（SO₄）₂+3H₂O，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實驗操作依次為（填操作名稱）蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌．
（3）以1 000kg含氧化鋁36%的鋁土礦為原料制取Al₂（SO₄）₃，需消耗質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸（密度1.84g•cm^-3）575.4L（保留一位小數(shù)）．
（4）若同時制取銨明礬和硫酸鋁，通過控制硫酸的用量調(diào)節(jié)兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量．若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質(zhì)的量之比為1：1，則投料時鋁土礦中的Al₂O₃和H₂SO₄的物質(zhì)的量之比為3：10．

Answer 1

分析 鋁土礦用鹽酸溶解，Al₂O₃、Fe₂O₃反應(yīng)得到AlCl₃、FeCl₃，SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，過濾得到固體a為SiO₂，濾液中含有AlCl₃、FeCl₃及剩余的HCl，再加入過量的燒堿，反應(yīng)得到氫氧化鐵沉淀、偏鋁酸鈉、氯化鈉，過濾，紅褐色沉淀b為氫氧化鐵，溶液中含有偏鋁酸鈉、氯化鈉及剩余的NaOH，通入過量的二氧化碳，反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，過濾，濾液c中含有氯化鈉、碳酸氫鈉，將沉淀加熱分解得到氧化鋁，用硫酸溶解得到硫酸鋁溶液，再通入氨氣，得到銨明礬溶液，最后經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等操作得到銨明礬晶體．
（3）根據(jù)Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O計算消耗溶質(zhì)硫酸的質(zhì)量，再計算需要硫酸溶液的質(zhì)量，根據(jù)V=$\frac{m}{ρ}$計算硫酸溶液的體積；
（4）設(shè)制得的Al₂（SO₄）₃和NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O的物質(zhì)的量都是1 mol，根據(jù)Al³⁺和SO₄^2-守恒計算．

解答 解：鋁土礦用鹽酸溶解，Al₂O₃、Fe₂O₃反應(yīng)得到AlCl₃、FeCl₃，SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，過濾得到固體a為SiO₂，濾液中含有AlCl₃、FeCl₃及剩余的HCl，再加入過量的燒堿，反應(yīng)得到氫氧化鐵沉淀、偏鋁酸鈉、氯化鈉，過濾，紅褐色沉淀b為氫氧化鐵，溶液中含有偏鋁酸鈉、氯化鈉及剩余的NaOH，通入過量的二氧化碳，反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，過濾，濾液c中含有氯化鈉、碳酸氫鈉，將沉淀加熱分解得到氧化鋁，用硫酸溶解得到硫酸鋁溶液，再通入氨氣，得到銨明礬溶液，最后經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等操作得到銨明礬晶體．
（1）由上述分析可知，固體a的化學(xué)式為SiO₂，故答案為：SiO₂；
（2）由圖中Ⅴ制取銨明礬溶液的化學(xué)方程式為：Al₂O₃+4H₂SO₄+2NH₃═2NH₄Al（SO₄）₂+3H₂O，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實驗操作依次為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌，
故答案為：Al₂O₃+4H₂SO₄+2NH₃═2NH₄Al（SO₄）₂+3H₂O；蒸發(fā)濃縮；
（3）m（Al₂O₃）=1 000 kg×36%=360 Kg，
Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O
102   294
360Kg m（H₂SO₄）
故m（H₂SO₄）=$\frac{294×360Kg}{102}$=1037.6 Kg，
需消耗質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸（密度1.84 g•cm^-3）為=$\frac{1037.6Kg÷98%}{18400kg/L}$=575.4 L，
故答案為：575.4；
（4）設(shè)制得的Al₂（SO₄）₃和NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O的物質(zhì)的量都是1 mol，則Al³⁺共3 mol，SO₄^2-共5 mol，根據(jù)Al³⁺和SO₄^2-守恒可得，加入Al₂O₃和H₂SO₄的物質(zhì)的量之比為$\frac{3}{2}$：5=3：10，故答案為：3：10．

點評 本題考查化學(xué)工藝流程、物質(zhì)的分離提純、化學(xué)計算等，需要學(xué)生具備綜合運用知識分析問題解決問題能力，難度中等．